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高压静电场(high-voltage electric field,HVEF)具有显著的生物电磁效应,能应用到以空气为介质的场景,耗能低,设备和运转投资小,近20年来被挖掘出应用到食品冷冻领域的潜能,并开展了一系列的高压静电场辅助冷冻的研究工作,发现高压静电场能够诱导水分子发生极化重排,从而降低过冷度,促进成核。基于现有的研究理论,本文针对高压静电场辅助冷冻领域普遍存在的介电击穿、重现性差、机理与应用研究脱节等问题,对实验平台和场强表征方法做了一些改进,并探究高压静电场对液体和半固体模型食品冷冻过程的影响规律,以期拓宽该技术的应用范围。首先以水和碳酸二甲酯(dimethyl carbonate,DMC)作为极性和非极性溶剂代表,验证高压静电场辅助均相冷冻所依据的极化重排机理的普适性;然后基于高压静电场对水分子的极化效应,向水中引入溶质,探究高压静电场对不同浓度蔗糖溶液和不同电负性氨基酸溶液冷冻过程的影响,考察溶液浓度和电负性对高压静电场辅助异相冷冻的影响;最后以琼脂糖凝胶为半固体模型食品,研究高压静电场对半固体食品冻结特性和冻品品质的作用效果。得出结果如下:1.对水的冷冻过程施加6 kV以上的外加电压(内部初始场强>1.49×10~5 V/m)可以大幅降低水的过冷度(86.4%),缩短预冷成核时间,提高整体冻结速率(22.47%),(p<0.05)。同时,随着外加电压升高,实验结果重现性提高,3 kV下的结果重现性只有约30%,当电压升高到6kV以上时重现性高达80%;HVEF对DMC的冻结过程无显著影响,说明溶剂分子极性越大,高压静电场强化冷冻的效果越显著。2.溶质的引入会降低水的相对介电常数ε,提高溶液内部的电场强度。高压静电场对蔗糖和氨基酸溶液冻结特性的整体影响规律与水一致,差异体现在溶质的浓度和电负性上。对于蔗糖溶液,较低浓度(5%)下水分子极性占主导,冻结特性与水相近。随着浓度增加,蔗糖分子的水化作用占主导,形成糖-水氢键将水分子束缚在蔗糖分子表面形成水化层,降低水分子活度,相变时间延长。对于氨基酸溶液,电负性对冻结特性的影响主要体现在冰晶生长阶段,在电场作用下离子和电荷向两极电泳,溶液内部电荷浓度降低,水分子融入晶核的驱动力——固-液界面上的电势差发生改变,导致相变时间延长或缩短。3.高压静电场辅助液体冷冻能够降低液体表面能,提高溶质分子离解度和溶剂分子极化度,宏观表现为表面张力和接触角降低,电导率提高,pH向溶液酸碱度增强的方向相应升降。4.高压静电场辅助半固体琼脂糖凝胶冷冻可以显著(p<0.05)降低样品过冷度,提高冻结速率,获得数目众多、粒径细小、分布均匀的冰晶,对凝胶的质构略有改善,但无法抵消冷冻和解冻对样品结构的破坏。结合液体的冻结效果可得:高压静电场应用到真实食品的冷冻过程可以提高冻结速率并能较好地保持食品的营养价值和感官品质。